Pimeän aineen jakauma kuvattiin kaikkien aikojen tarkimmalle kartalle – Lopputulos näyttää saippuavaahdolta - Tiede | HS.fi

Pimeän aineen jakauma kuvattiin kaikkien aikojen tarkimmalle kartalle – Lopputulos näyttää saippuavaahdolta

Kartoituksen avulla on mahdollista matkustaa seitsemän miljardin vuoden taakse universumin menneisyyteen.

Luotijoukko on tunnettu näyttö pimeästä aineesta. Väritetyssä kuvassa näkyy, miten siniset pimeän aineen painovoiman keskittymät ovat galaksien törmäyksen jälkeen eri paikassa kuin punaiset näkyvät aineen keskittymät.

3.6. 2:00 | Päivitetty 3.6. 11:28

Pimeää ainetta ei voi nähdä eikä sen olemusta tunneta, mutta silti se vaikuttaa painovoimallaan koko maailmankaikkeuden toimintaan.

Tämä mysteeriaine kattaa jopa 80 prosenttia maailmankaikkeuden aineesta. Pimeää ainetta tarvitaan, sillä näkyvä aine ei yksinään kykene selittämään galakseja yhteen kiskovan painovoiman suuruutta.

Nyt sadoista tutkijoista koostuva kansainvälinen tutkimusryhmä Des (Dark Energy Survey) on onnistunut kartoittamaan pimeää ainetta tarkemmin kuin koskaan aiemmin.

Kolme vuotta kestäneiden mittausten pohjalta syntyi kartta, joka kuvaa näkyvästä aineesta koostuvien galaksien ja pimeän aineen jakautumista maailmankaikkeudessa.

”Nämä kosmisen mittakaavan rakenteet auttavat meitä vastaamaan maailmankaikkeuden suurimpiin kysymyksiin”, kertoi University College Londonin tutkija Niall Jeffrey New Scientist -lehdelle.

Pimeää ainetta ei voi havaita suoraan, sillä se ei heijasta valoa tai mitään muutakaan sähkömagneettista säteilyä.

Epäsuoria havaintoja on sen sijaan mahdollista tehdä niin sanotun painovoimalinssien avulla. Painovoimalinssiksi sanotaan avaruuden kookkaita kohteita, jotka taittavat takanaan olevan kohteen lähettämää valoa.

”Kaikki avaruuden aine tähdistä galakseihin saavat niitä ympäröivän aika-avaruuden kaareutumaan, ikään kuin asettaisi painavan kuulan kumikalvon päälle. Tätä kaareutumista mittaamalla on mahdollista havaita myös pimeän aineen vaikutus sitä ympäröivään avaruuteen”, sanoo Aalto-yliopiston fyysikko Tommi Tenkanen.

Tenkanen ei osallistunut Desin kartoitukseen, mutta hän on tutkinut pimeää ainetta aikaisemmissa tutkimuksissaan.

Pimeän aineen kartassa on tihentymiä, jotka kertovat aineen jakaumasta.

Tutkijat etsivät pimeää ainetta tarkkailemalla kaukaisista galakseista saapuvaa valoa. Pimeä aine taivuttaa aika-avaruutta ja saa valon mutkittelemaan. Mitä enemmän valo menee mutkalle, sitä tiheämmin sen tiellä esiintyy pimeää ainetta.

Yhteensä tutkittavia galakseja oli yli 200 miljoonaa. Niistä koostettu kartta kattaa jopa kahdeksasosan maapallon yötaivaasta.

Karttaan kirkkaalla merkityt alueet ovat pimeän aineen ja galaksiryppäiden keskittymiä, joissa myös oma galaksimme Linnunrata sijaitsee.

Mustat alueet edustavat puolestaan kosmisia tyhjiöitä eli galaksiryppäiden väliin jääviä alueita, joissa on vain vähän tai ei ollenkaan galakseja. Niiden tiheys on niin pieni, että painovoima saattaa käyttäytyä niissä eri tavalla.

”Tavallisesta aineesta koostuvat galaksit sijoittuvat kartassa sinne, missä pimeää ainettakin on. Yhdessä ne muodostavat tällaisen verkkomaisen, saippuavaahtoa muistuttavan rakenteen”, Tenkanen sanoo.

Tutkimusta ei ole vielä vertaisarvioitu, mutta suurin osa hankkeeseen liittyvistä papereista on luettavissa Arxiv-palvelussa.

Kartta havainnollistaa maailmankaikkeuden nykyrakennetta, mutta se toimii samalla myös aikakoneena menneisyyteen.

Kartan kaukaisimpien kohteiden valo on matkannut Maahan seitsemän miljardin vuoden ajan. Koska valon nopeus on äärellinen, näitä valopisteitä seuraamalla on mahdollista tarkkailla, miten universumin rakenteet ovat ajan saatossa kehittyneet.

”Mitä syvemmälle avaruuteen katsomme, sitä kauemmas menneisyyteen voimme nähdä.”

Tutkijat hyödynsivät mittauksia testatakseen kosmologian nykyistä standardimallia. Sen mukaan maailmankaikkeus syntyi 13,8 miljardia vuotta sitten alkuräjähdyksessä, ja laajeni sen jälkeen Albert Einsteinin kehittämän yleisen suhteellisuusteorian mukaisesti.

Alkuräjähdyksen jälkeisiä tapahtumia on mitannut toistaiseksi tarkimmin Euroopan avaruusjärjestön Planck-satelliitti, joka laukaistiin avaruuteen vuonna 2009.

Se muodosti kartan alkuräjähdyksen ”jälkihehkusta”, eli mikroaalloiksi venyneestä kosmisesta taustasäteilystä, joka sai alkunsa vain 380 000 vuoden ikäisessä maailmankaikkeudessa.

Näiden mittausten pohjalta on voitu ennustaa, miten tavallinen ja pimeä aine levisivät universumin syntyajoilta tähän päivään saakka.

”Tutkijat selvittivät, osuuko kosmiseen taustasäteilyyn perustuva ennuste yhteen universumin nykyrakenteen kanssa. Tässä vertailtiin siis ikään kuin maailmankaikkeuden vauvapotrettia sen nuoruusvuosilta ja nykyhetkestä napattuihin kuviin”, Tenkanen sanoo.

Kartta pimeästä aineesta kattaa osan tähtitaivaasta. Kirkkaan kaaren muodostivat näkyvät tähdet.

Aiemmissa galaksikartoituksissa ennusteen ja nykyrakenteen välillä on havaittu jonkin verran poikkeamia. Kartoitusten mukaan aine olisi jakautunut maailmankaikkeudessa tasaisemmin kuin kosmisen taustasäteilyn perusteella on ennustettu.

Tutkijat ovat jopa pohtineet, voisiko yleinen suhteellisuusteoria olla joltain osin väärässä.

Nyt julkaistut, aiempaa kattavammat mittaukset kuitenkin osoittavat, ettei tällaista epäsuhtaa todennäköisesti ole. Mitatut eroavaisuudet ovat niin pieniä, etteivät ne ole tilastollisesti merkittäviä.

”Tulosten mukaan maailmankaikkeudessa on pimeää ainetta juuri niissä samoissa mittasuhteissa, kuin kosmista taustasäteilyä mittaamalla on voitu ennustaa.”

Lue lisää: Pimeää ainetta on niin vaikea löytää, että nyt sitä haetaan ihan tosissaan jopa hiivan dna:n avulla.

Pimeä aine pysyy arvoituksena

  • Pimeä aine muodostaa noin 80 prosenttia maailmankaikkeuden aineesta. Sen olemusta ei vielä tunneta, eikä siitä pystytä tekemään suoria havaintoja.

  • Pimeää ainetta tarvitaan, sillä näkyvä aine ei yksinään selitä galakseja koossa pitävän painovoiman suuruutta.

  • Ensimmäistä kertaa pimeän aineen vaikutus huomattiin 1930-luvulla. Silloin tutkijat havaitsivat, että galaksit kiersivät toisiaan nopeammin kuin näkyvän massan perusteella oli mahdollista.

  • Sittemmin pimeän aineen jälkiä on havaittu avaruuden taustasäteilystä eli mikroaalloiksi venyneestä alkuräjähdyksen jälkihehkusta. Galaksikartoituksilla pyritään selvittämään näkyvän ja pimeän aineen jakaumaa maailmankaikkeudessa.

  • Suosituimpien teorioiden mukaan pimeän aineen rakenne on selitettävissä samalla tavalla kuin tavallinenkin aine, siis hiukkasfysiikalla. Tällaisia pimeän aineen hiukkasia yritetään tuottaa hiukkaskiihdyttimissä.

  • Ympäri maailmaa sijoitetuilla hiukkasilmaisimilla pyritään puolestaan havaitsemaan jälkiä pimeän aineen ja tavallisen aineen atomiytimen törmäyksistä.

Artikkeliin liittyviä aiheita

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat